本發(fā)明屬于高導(dǎo)熱阻燃材料，尤其涉及一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料在過去多作為承載結(jié)構(gòu)件使用，隨著科技的進步，碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料朝著多功能化材料方向發(fā)展，在承載的同時兼具熱管理、阻燃等功能，碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料因其優(yōu)異的承載能力、抗疲勞性、耐腐蝕性和尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)點，有望在電纜接頭的防爆盒材料上應(yīng)用，可以將其纏繞在防爆盒外，增強防爆盒的保護作用，減少因防爆盒老化失效引發(fā)事故。但是，與碳纖維配合使用的樹脂熱導(dǎo)率低，由此產(chǎn)生的熱量在電纜接頭處容易發(fā)生熱量堆積，進而加速電纜絕緣層老化，同時限制線路的載流量，甚至容易引發(fā)火災(zāi)。因此，提升碳纖維樹脂基復(fù)合材料的導(dǎo)熱和阻燃性能是十分有必要的。

2、目前，針對碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率低的問題，主流方法是直接在樹脂基體中添加熱導(dǎo)率高的填料來改善碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。常用的高導(dǎo)熱填料包括石墨烯、碳納米管和氮化硼等。而填料在樹脂基體中的簡單共混對復(fù)合材料的熱導(dǎo)率提升有限，為了使復(fù)合材料的熱導(dǎo)率達到更高水平通常需要高含量的導(dǎo)熱填料，但這會對碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能帶來嚴重損傷，因此如何在提高材料熱導(dǎo)率的同時盡量保持其力學(xué)性能是十分具有挑戰(zhàn)的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決上述不足，提供了一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

2、第一方面，一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料，采用如下技術(shù)方案：

3、一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料，所述復(fù)合材料的原料以重量份計，包括預(yù)制樹脂32份～42份、固化劑0.5份～16.5份和碳纖維37.5份～67.5份；

4、所述預(yù)制樹脂的原料以重量份計，包括改性磁性氮化硼2份～8份、修飾石墨烯0.5份～2.0份和樹脂29.5份～35份；

5、所述復(fù)合材料中的所述改性磁性氮化硼垂直取向，所述修飾石墨烯橫向連接取向的所述改性磁性氮化硼。

6、進一步地，所述改性磁性氮化硼的改性試劑包括異氰酸酯、硅烷偶聯(lián)劑、溴化十六烷基三甲胺中的一種；所述修飾石墨烯的修飾試劑包括鹽酸多巴胺、聚乙烯醇中的一種。

7、進一步地，所述改性磁性氮化硼和修飾石墨烯的粒徑分別為1μm～2μm。

8、進一步地，所述樹脂包括聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、氰酸酯樹脂中的一種或多種；

9、所述碳纖維包括12k?t300碳纖維、12k?t700碳纖維、12k?t800碳纖維中的一種或多種；

10、所述固化劑包括過氧化苯甲酸叔丁酯、3,3-二甲基-4,4-二氨基二環(huán)己基甲烷、環(huán)氧樹脂中的一種或多種。

11、進一步地，所述預(yù)制樹脂的原料以重量份計，還包括膨脹石墨0.5份～2.0份、甲基膦酸二甲酯0.2份～0.8份和氫氧化鎂0.2份～0.8份。

12、第二方面，一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料的制備方法，采用如下技術(shù)方案：

13、一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

14、步驟1，將改性磁性氮化硼、修飾石墨烯混合均勻，加入無水乙醇和樹脂充分分散，抽真空加熱去除乙醇，得到預(yù)制樹脂；

15、步驟2，將預(yù)制樹脂和固化劑混合均勻后脫泡，然后浸漬碳纖維，將浸漬的碳纖維于模具中在磁場中垂直取向，隨后熱壓成型，升溫固化，脫模得到所述碳纖維增強樹脂復(fù)合材料。

16、進一步地，步驟1中，還包括將膨脹石墨、甲基膦酸二甲酯、氫氧化鎂與改性磁性氮化硼、修飾石墨烯混合均勻。

17、進一步地，步驟2中，所述浸漬過程，采用手糊浸漬工藝；所述熱壓成型過程，通過真空袋輔助熱壓成型。

18、進一步地，步驟2中，磁場強度為50mt～100mt。

19、第三方面，一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料的應(yīng)用，采用如下技術(shù)方案：

20、一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料的應(yīng)用，所述復(fù)合材料用于導(dǎo)熱阻燃材料、防爆盒保護材料、儲氫氣瓶材料。

21、本發(fā)明的有益效果：

22、本發(fā)明提供的一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料，改性磁性氮化硼垂直取向連接碳纖維，修飾石墨烯橫向連接改性磁性氮化硼，二者填料相互配合，作為樹脂和碳纖維絲束間的導(dǎo)熱橋梁，大幅提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率；采用改性磁性氮化硼和修飾石墨烯提高了無機填料與樹脂間的相容性，使得復(fù)合材料的力學(xué)性能保持良好，拉伸強度在500mpa以上。

技術(shù)特征：

1.一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料的原料以重量份計，包括預(yù)制樹脂32份～42份、固化劑0.5份～16.5份和碳纖維37.5份～67.5份；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料，其特征在于，所述改性磁性氮化硼的改性試劑包括異氰酸酯、硅烷偶聯(lián)劑、溴化十六烷基三甲胺中的一種；所述修飾石墨烯的修飾試劑包括鹽酸多巴胺、聚乙烯醇中的一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料，其特征在于，所述改性磁性氮化硼和修飾石墨烯的粒徑分別為1μm～2μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料，其特征在于，所述樹脂包括聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、氰酸酯樹脂中的一種或多種；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料，其特征在于，所述預(yù)制樹脂的原料以重量份計，還包括膨脹石墨0.5份～2.0份、甲基膦酸二甲酯0.2份～0.8份和氫氧化鎂0.2份～0.8份。

6.一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟1中，還包括將膨脹石墨、甲基膦酸二甲酯、氫氧化鎂與改性磁性氮化硼、修飾石墨烯混合均勻。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟2中，所述浸漬過程，采用手糊浸漬工藝；所述熱壓成型過程，通過真空袋輔助熱壓成型。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟2中，磁場強度為50mt～100mt。

10.一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于，所述復(fù)合材料用于導(dǎo)熱阻燃材料、防爆盒保護材料、儲氫氣瓶材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，用于解決碳纖維樹脂基復(fù)合材料的導(dǎo)熱阻燃性能不良的問題。一種碳纖維增強樹脂復(fù)合材料，復(fù)合材料的原料以重量份計，包括預(yù)制樹脂32份～42份、固化劑0.5份～16.5份和碳纖維37.5份～67.5份；預(yù)制樹脂的原料以重量份計，包括改性磁性氮化硼2份～8份、修飾石墨烯0.5份～2.0份和樹脂29.5份～35份；復(fù)合材料中的改性磁性氮化硼垂直取向，修飾石墨烯橫向連接取向的改性磁性氮化硼。改性磁性氮化硼垂直取向連接碳纖維，修飾石墨烯橫向連接取向改性磁性氮化硼，二者填料相互配合，作為樹脂和碳纖維絲束間的導(dǎo)熱橋梁，大幅提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。

技術(shù)研發(fā)人員：曾昌毅,李寒煜,許培俊,代克順,邱方程,何運華,聶永杰,宋玉鋒,鄭欣,皇劍,虞鴻江,王榭崟,張巖
受保護的技術(shù)使用者：云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21